科学家发现由头发制成的“碳纳米点”提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性

2021年04月08日 15:39 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

在过去十年左右的时间里,由于效率的提高,钙钛矿太阳能电池已经成为可再生能源领域一项非常有前景的技术,其性能很快就能与目前广泛使用的单晶硅太阳能电池相媲美,甚至超过后者。然而,阻碍它们发展的是内在的不稳定性问题和对要素的脆弱性,这阻碍了它们的主流应用。澳大利亚的科学家们相信,他们可能已经找到了解决这些问题的方案,这隐藏在当地理发店地板上扫起的头发中。

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这一太阳能电池研究的突破实际上源于昆士兰科技大学早期开展的工作,科学家们能够利用理发店的人类头发来帮助制造柔性OLED显示屏。这项技术的关键在于,头发中含有丰富的碳和氮,在工程发光粒子时,这些都是有价值的特性。科学家们在240 °C(464 °F)的温度下燃烧头发,将其分解并还原成分子结构中同时嵌入碳和氮的材料。

这些由此产生的碳纳米点引起了同为昆士兰科技大学从事钙钛矿研究的科学家的兴趣,他们出于好奇,决定将其整合到太阳能电池中。在这样做的过程中,该团队发现,纳米点在钙钛矿表面形成了一个波浪状的层,它起到了保护缓冲的作用,以保持其功能。

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"它形成了一种保护层,一种盔甲,"领导这项研究的王红霞教授说。"它保护了钙钛矿材料免受水分或其他环境因素的影响,这些因素会对材料造成损害。"

除了提高稳定性方面,科学家们报告说,将碳纳米点融入到钙钛矿太阳能电池中,还提高了功率转换效率。除了提升稳定性和性能外,由理发店废料制成的碳纳米点还有望为可能成为下一代太阳能电池的关键组件的低成本和可持续制造工艺。

"在钙钛矿太阳能电池领域,最大的挑战是解决器件的稳定性,使其能够工作20年或更长时间,以及开发一种适合大规模生产的制造方法。"王红霞教授说。"目前,所有报道的高性能钙钛矿太阳能电池都是在湿度和氧气含量极低的可控环境下制造的,电池面积非常小,实际上无法实现商业化。为了使该技术具有商业可行性,需要克服制造高效大面积、稳定、柔性、低成本的钙钛矿太阳能电池板的挑战。"

该研究发表在《材料化学杂志A》上。

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